黏土分层特性对吸力嵌入式板锚埋深损失的影响

海洋工程中,海床土体常伴有分层现象。将均质土、正常固结土在海床土体中的分布情况称之为土体分层特性。基于耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)法,建立起用于分析不同土体分层特性的条件下,吸力嵌入式板锚(SEPLA)旋转调节过程的大变形有限元模型。通过与离心机实验及数值模拟结果对比,验证了模型的有效性。以双层黏土为例,研究了不同黏土分层特性下板锚的埋深损失。明确了衡量黏土分层特性的指标s_(u1,ave)/s_(u2,0),并考察了不同s_(u1,ave)/s_(u2,0)下,系缆点距土层分界线的距离d对板锚埋深损失的影响。研究结果表明:在s_(u1,ave)/s_(u2,0)>1的双层黏土中,随着d值的增大,板锚的埋深损失逐渐减小,当d≤-0.5B与d≥1B时,板锚的埋深损失分别仅受上层土体与下层土体强度影响;在s_(u1,ave)/s_(u2,0)<1的双层黏土中,随着d值的增大,板锚的埋深损失先增大后减小,当d=1B时,埋深损失存在一极大值ΔZ_(max),该极大值比板锚在单层土体中的埋深损失大32%~123%。同时,在s_(u1,ave)/s_(u2,0)<1的双层黏土中,板锚的埋深损失与上层土体的平均强度s_(u1,ave)和锚埋深处的土体强度sue有关;由于板锚埋深损失存在极大值ΔZ_(max),在工程中较为危险,因此,考察了强度比s_(u1,ave)/sue、埋深处土体强度sue、板锚初始埋深H对ΔZ_(max)的影响。

板锚在双层黏土中埋深损失的大变形有限元分析

海洋工程中,海床土体分层现象对吸力嵌入式板锚(SEPLA)在海床中的旋转调节过程有着不可忽视的影响。基于耦合的欧拉‑拉格朗日(CEL)法,建立起用于分析板锚在双层黏土中埋深损失的有限元模型。通过与已有离心机试验及数值计算结果对比,验证模型的有效性。在板锚初始埋深不变的情况下,考察不同系缆点距上下层土体分界线距离(d)及强度比(s_(u1)/s_(u2))对板锚在双层黏土中埋深损失的影响,通过分析板锚周围土体的流动机制,明确了锚在双层黏土中埋深损失增大的原因,并建立起板锚埋深损失经验公式。结果表明,在s_(u1)/s_(u2)<1的双层黏土中,随着d的增大,板锚的埋深损失先增大后减小,并存在一极大值ΔZ_(max),该极值比板锚在下层均质土中埋深损失大74.2%-81.1%,在工程中较为危险;在s_(u1)/s_(u2)>1的双层黏土中,随着d的增大,板锚的埋深损失逐渐减小;d≤-0.5B与d≥1B时,板锚的旋转过程分别仅受上层土体与下层土体的影响。

吸力贯入式板锚安装过程与承载特性变化规律

在宏单元模型的基础上编写了吸力贯入式板锚(Suction Embedded Plate Anchor,SEPLA)旋转上拔过程的Fortran计算程序,分析了锚眼的切向偏心和泥面角对SEPLA的埋深损失、承载力及板锚旋转角的影响.结果表明:SEPLA的锚眼应设计在板锚中心下方0.2B~0.4B(B为矩形锚板的宽度);随着泥面角的增加,埋深损失增加,但板锚稳定时的承载力系数变化不大,泥面角对锚板承载力系数的影响很小;切向偏心比对SEPLA的承载力影响很大,随着切向偏心比的减小,SEPLA的最大和最终承载力系数减小,当切向偏心比大于0时,最终承载力系数随着旋转角的增加,先快速增长,而后增长速率趋缓,当切向偏心比小于0时,最终承载力系数随着旋转角的增大而增大,到达极值后又开始衰减.